為部署下一代高效數(shù)據(jù)中心加速：密度規(guī)劃有了新辦法

傳統(tǒng)的說明數(shù)據(jù)中心密度的方法可歸結為一種粗放、不完整和不明確的方法。這些傳統(tǒng)的方法無法提供規(guī)劃指導來確保能夠預見數(shù)據(jù)中心將來在最新一代的高功率密度 IT 設備下的電源和制冷性能。

本文概述了密度規(guī)范的要求，并介紹了制定密度規(guī)范的一種新方法。該方法提供了可實施的規(guī)范，可讓 IT 員工和設備設計者之間明確交流各種要求，并加速了可預見成本效益和電氣效益的數(shù)據(jù)中心的創(chuàng)建。

部署策略

在定義密度規(guī)范要求時，必須充分考慮到隨時間變化的 IT 負載以及分階段部署。必須就供電和制冷基礎設施隨時間的變化作出一些假設。

那種認為現(xiàn)有配電和空氣分配系統(tǒng)將隨著 IT 負載的變化而改變的想法是不切實際的。修改這些系統(tǒng)（例如修 改使用中的電路或水管）可能需要一組機架甚至整個數(shù)據(jù)中心的停機，或產生這樣的風險。很多資料表明人為錯誤是造成數(shù)據(jù)中心停機的主要原因，而對運行中的設備進行修改是造成停機的主要因素。因此，最好的方法是按照行或區(qū)域安裝供電和制冷分配設備，在該行或區(qū)域的工作生命周期內不再對其進行變更或重新配置。

在具體實施此最佳方法時，應采用如下所述的部署策略：

采用標準過道間隔在平面圖上安排機架/機柜行列

確定行的設計密度規(guī)范，然后構建可支持該密度規(guī)范的完整行。

如果要部署的設備符合現(xiàn)有行的設計規(guī)范技術參數(shù)要求，而且該行有空余位置，則可將設備部署到該行。

如果要部署的設備與有空余位置的行的密度有顯著不同，不要為了將設備部署到該行而修改供電或制 冷系統(tǒng)，而是應該建立新的一行以滿足更高密度的要求。

隨著時間的推移，應該將很少使用的機架行徹底拆除并按照符合當前需求的不同密度規(guī)范來重新建立。

由于此策略可將與修改數(shù)據(jù)中心使用中的機架行有關的人為錯誤降到最低，因此我們強烈推薦您采用此策略。 此行之有效的策略的確為密度規(guī)范設立了一條限制，即機架行系統(tǒng)的供電和制冷分配在安裝后就不能改變。

注意，市場上有一些供電和制冷分配產品允許重新配置供電和制冷架構而不會造成停機的風險。例如，APC InfraStruXure 系統(tǒng)可以：

通過添加可熱插拔的模塊來改變 UPS 功率輸出

通過添加可熱插拔的機架配電單元來改變機架中的插座類型和容量

通過插入式架裝設備來增加補充冷卻氣流的容量

此類設備提供了一些附加的靈活性，允許在安裝之后進行修改，因此特別適用于不適合進行分階段、分行部署的小型設施。

行或區(qū)域內的峰值密度和均值密度

盡管，每個機架具有絕對相同的負載功率可以簡化密度規(guī)范，但是先前的討論顯示，這是一個不可能實現(xiàn) 的目標，因為在實際安裝中幾乎不可能做到這一點。事實上，機架密度的范圍可能在零（配線架）到 30 kW（高密度刀片式服務器）之間變化。這種變化對有效的密度規(guī)范的特性產生了巨大影響。

由不同功率的機架組成的特定機架行或區(qū)域中，平均機架功率將低于最高機架功率值。因此，行內的機架功率峰值/均值比實際上往往比一大或等于一。非常有益的做法是考慮多種替換方法來指定機架行的功率密度設計，以便在行內支持具有不同機架功耗的一組機架。

將行內所有機架的功率都設計為峰值。指定行密度的一個方法為，指定行中的任何機架或所有機架的功率和制冷密度容量為機架功率的最大預期峰值。在這種情況下，總制冷容量和功率容量必須按照所有機架都可以達到最大功耗的假設情況來確定其規(guī)范。這必然會導致實際功率和制冷容量規(guī)模過大，因而導致資金和操作成本 的增加，同時降低了電氣效率。如果每機架功耗的峰值/均值比等于一，則上述這些不利之處都可以避免；但是，如果行內的每機架功耗峰值/均值比為 1.5 或更高，則上述問題都會出現(xiàn)，另外，這個規(guī)范最糟糕的情況 就是沒有考慮到可降低每機架功耗的峰值/均值比的情況，即最大值功率機架產生的負載可能呈分散分布。一般來說，在機架峰值功率最差的情況下指定整體行密度并不是最優(yōu)選擇，除非每個機架的功率峰值/均值比非 常接近1，但是在一般安裝中，出現(xiàn)這種情況的幾率非常低。

將行內所有機架的功率設計為平均值。指定行密度的另一個方法為，指定所有機架的功率為平均功率密度。和前一個方法一樣，這個簡單的方法并不令人滿意，但導致不滿的原因卻不盡相同。這個方法要求在任何機架負載可能超過均值時，減少設備直到機架的負載等于或小于均值。此外，這個方法還存在實施上的限制，實際密度低于指定設計密度的機架所產生的未使用的功率和制冷容量并不能給其他機架產生額外的功率和制冷容量。這是因為行的設計僅僅是為了讓每個機架的功率和制冷最大能達到平均值?？紤]下列情況：某個 IT 操作 人員想要在設計容量為每機架 2 kW 的行中部署一個 4 kW 的刀片式機箱。有人可能會認為從未使用的機架中 引接一個 2 kW 的電源插座（如果可行）至刀片式機箱是一個可行的辦法。但是，為這 4 kW 的負載制冷卻成 為一個問題，因為制冷系統(tǒng)的設計容量在 2 kW 以下。另外，由于其中一個機架的電源被其他機架占用，因此這個機架也不再可用。

比較上述兩種情況的要求，我們可以得知，有效密度規(guī)范的一個重要因素為應當指定行內的機架功率峰值/均 值比，并且該比值應當大于 1。如何選擇適當?shù)臋C架功率峰值/均值比取決于實際機架的預期變化。圖 1 中顯 示了典型數(shù)據(jù)中心設計的限制和假設這二者的關系：

圖 1 顯示已安裝的 IT 設備中，在三種不同的實際機架功率變化的情況下，機架密度規(guī)范的峰值/均值比是如何 影響電源和制冷基礎設施的標準總擁有成本 (TCO) 支出的1。數(shù)據(jù)顯示，在所有機架具有相同功耗的情況下， 機架密度峰值/均值比等于一時，TCO 為最佳（最低）。這種效應的解釋可歸因于指定額外的峰值功率密度容 量會增加功率和制冷分配的支出，但在所有機架都具有相同功耗時不會導致總擁有成本增加。但是，如果實際 安裝的機架功率不同，峰值/均值比沒有增加時，則會增加總擁有成本。這是因為存在無法使用的功率和制冷容量，同時，指定的 IT 設備需要增加地板空間，二者共同產生了這種效應。結果是，機架密度的峰值/均值比大于 1，在實際安裝中可獲得最佳的 TCO。

這就引出了有效制定數(shù)據(jù)中心密度規(guī)范的另一個重要因素：在典型的設計中，行內的機架功率密度峰值/均值 比應當大約為 2，如果行內的預期實際機架功率密度峰值/均值比大于 2，建議在機架間分散最大密度的 IT 負 載來限制峰值/均值比，或將無關的負載重新分配到其他行。

基于規(guī)則的密度規(guī)范

如果某行或某區(qū)域中的均值和峰值機架功率密度設計已經指定為經預見可實施的規(guī)范，則該規(guī)范可行。如果峰值機架功率接近平均值，則可直接實施。但是，如果行內的機架峰值/均值比接近 1.5 或更大，則實施該設計的挑戰(zhàn)和成本都將增加。確保只要不超過平均功率值，任何機架都可以在峰值功率的水平上操作，在使用高架地板送風系統(tǒng)的安裝中，這樣造成的問題可能會成為非常嚴重的限制。如果在密度規(guī)范中允許使用基于規(guī)則的 密度部署，可獲得的整體均值和峰值功率密度都可以提高。

要理解基于規(guī)則的規(guī)范所解決的問題，請考慮將機架功率密度的峰值/均值比設定為建議的 2 時，在現(xiàn)有高架 地板制冷系統(tǒng)中安裝機架的情況。從電源系統(tǒng)這方面來看，在最大機架密度下，每個機架都必須擁有一定的功 率配額，而機架則通過 PDU 或 UPS 來供電，其額定值為平均機架密度乘以 IT 機架的個數(shù)。這個方案實施起 來非常簡單。但是，從冷卻角度看，每個機架并不具有定義良好的空氣分配系統(tǒng)，其額定值為平均機架密度的 兩倍。要在密度超過均值時操作機架，必須從鄰接的低于均值密度的機架中借用未使用的容量。在使用具有有 限通風容量的高架地板時，這就意味著在行內分散高密度機架會顯著降低制冷系統(tǒng)上的局部超負荷。如果規(guī)范 具備建立行內高密度機架位置規(guī)則的能力，則可以在系統(tǒng)限制范圍內獲得較高的峰值和平均值密度。

具有簡單規(guī)則的示例為，機架僅可以超過均值額定功率的量為相鄰機架平均功耗低于均值的量。更復雜的規(guī)則 可以用來最大化已知安裝中可預見的功率密度，并且這些規(guī)則可以在功率和制冷管理系統(tǒng)中實施2。

針對未來的增長指定密度選擇

很多數(shù)據(jù)中心并不是一次完全建成，而是隨著時間的推移不斷擴